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等径角挤压工艺(ECAP)对铜银合金性能影响的研究

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第一章绪论

1.1接触线研究现状

1.1.1电气化铁路对接触线材料的性能要求

1.1.2国内外接触线材料的应用现状

1.1.3铜合金主要强化方式

1.2等径角挤压(ECAP)法的研究现状

1.2.1剧烈塑性变形(SPD)法

1.2.2等径角挤压(ECAP)

1.2.3等通道径角挤压法基本原理

1.2.4影响ECAP变形的因素

1.2.5 ECAP法对材料性能的影响

1.3等径角挤压法(ECAP)应用前景

1.4课题研究的背景与意义

1.5本文主要研究内容

第二章实验材料和方法

2.1实验材料

2.2实验装置的设计

2.2.1 ECAP挤压力的计算

2.2.2凸模的设计

2.2.3凸模材料的选择

2.3实验方法

2.3.1 ECAP实验

2.3.2显微组织观察

2.3.3硬度实验

2.3.4拉伸实验

2.3.5摩擦磨损实验

本章小结

第三章实验结果与分析

3.1铜银合金ECAP变形后的显微组织

3.2铜银合金ECAP变形后的力学性能

3.2.1铜银合金ECAP变形后的显微硬度

3.2.2 铜银合金ECAP变形后的强度和延伸率

3.3断口分析

3.4强化机制

3.4.1加工硬化

3.4.2细晶强化

3.4.3晶界强化

3.5铜银合金ECAP变形后的摩擦磨损分析

3.5.1摩擦磨损实验结果

3.5.2鼯损分析

本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢

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摘要

等径角挤压工艺(ECAP),是一种剧烈的塑性变形技术,该技术能有效地制备块状超细晶材料,已成为材料科学研究的热点。铜银合金作为电气化铁路的接触线材料,其强度和摩擦磨损性能对其使用有很大影响。等径角挤压工艺可以提高铜银合金的力学性能和耐磨性能。 本研究成功地实现了室温下铜银合金的C方式ECAP挤压1~5道次变形,累积等效应变达到~3。采用上界定理,根据ECAP试验剪切变形的实际,在有摩擦的情况下,建立了试样处于模具转角处的宏观力学模型。通过光学显微镜、扫描电镜、电子拉伸机、摩擦磨损试验机等试验仪器设备,分析研究试样的显微组织特征及其演变规律,以及力学性能和摩擦磨损性能。结果如下:利用所建的宏观模型,确定了变形力的计算方法,对铜银合金的挤压力进行了计算。通过对ECAP挤压后试样进行金相组织分析观察,发现材料组织得到了细化,总结了试样显微组织在X、Y和Z平面的演化规律,与C方式对材料组织影响的理论分析相一致。铜银合金经5道次的ECAP挤压变形后,力学性能发生了很大变化:显微硬度由原材料的73.06Hv增加到131.63Hv;抗拉强度由原材料的252.33MPa增加到412.05MPa;延伸率在ECAP挤压后有大幅度的下降,由原材料的44.42%下降到1道次后的9.18%,之后趋于稳定。耐磨性能有了很大提高,磨损率由原材料0.0923g/h减少到0.0748g/h,通过对铜银合金磨损试样表面的观察和对磨屑的能谱分析,得出铜银合金的主要磨损形式为粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损。对铜银合金经ECAP挤压后的摩擦磨损性能进行了讨论,主要分析强度和硬度对粘着磨损和磨粒磨损的影响,得出铜银合金耐磨性的增强主要是由于材料强度和硬度的提高。

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